用FIFO實(shí)現(xiàn)超聲測(cè)厚系統(tǒng)A/D與ARM接口設(shè)計(jì)

　　在高頻超聲波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，很多高速 A／D轉(zhuǎn)換器往往不能直接與處理器相連接，這時(shí)就需要使用FIFO在處理器與A／D轉(zhuǎn)換器之間架一座橋梁，FIFO的先入先出特性可以方便緩存大量的數(shù)據(jù)塊。在基于ARM的超聲波測(cè)厚系統(tǒng)中，所用為1 MHz以上的高頻超聲波探頭，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后頻率與ARM處理器的數(shù)據(jù)接收能力不匹配，因此需在A／D與ARM處理之間連接一個(gè)FIFO來(lái)解決以上問(wèn)題。該設(shè)計(jì)選用AD公司的A／D芯片AD9283，F(xiàn)IFO選用Cyperss公司的CY7C4261，兩者的最大采樣頻率都是100 MHz。ARM采用SAMSUNG公司的S3C2410處理器。三者都具有很強(qiáng)的外部接口能力，方便構(gòu)成無(wú)縫連接，硬件接口電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。

　　1 芯片選型

　　1．1 S3C2410處理器

　　S3C2410處理器是SAMSUNG公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0．18μm制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨(dú)立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)CACHE，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的 Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C-BUS接口，IIS-BUS接口，2個(gè)USB主機(jī)，1個(gè)USB設(shè)備，SD主機(jī)和MMC接口，2路SPI。S3C2410是 16／32位RISC體系結(jié)構(gòu)處理器，使用ARM920T CPU核的強(qiáng)大指令集，處理器最高可運(yùn)行在203 MHz。

　　1．2 AD9283高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器

　　在超聲波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)中，超聲波探頭的頻率一般是2～10 MHz。取探頭頻率為5 MHz，根據(jù)采樣定理，采樣頻率最好是探頭頻率的5～8倍，因此A／D芯片選用AD公司的AD9283，它的最大采樣速率達(dá)100 MHz，可以滿足系統(tǒng)要求。

　　1．3 FIFO存儲(chǔ)器CY7C4261

　　FIFO存儲(chǔ)器作為A／D與ARM之間的橋梁，其參數(shù)指標(biāo)直接影響數(shù)據(jù)的采集速度。首先，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器的讀／寫速度要足夠快，為方便調(diào)試，最好能和A／D器件的最大速度相一致；其次，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量要適宜，如果容量過(guò)大會(huì)造成資源浪費(fèi)，如果容量過(guò)小會(huì)造成溢出或者數(shù)據(jù)采集速度過(guò)慢。

　　常用被測(cè)物厚度為10 mm，當(dāng)信號(hào)長(zhǎng)度取前8個(gè)波峰，整個(gè)系統(tǒng)工作在極限頻率100 MHz的情況下，有如下計(jì)算：

　　采樣次數(shù)=采樣速率×?xí)r間

　　=采樣速率×(2×厚度×8／超聲波速度)

　　=100×2×0．01×8／5 900

　　=2 712次

　　即需要將近3 KB的緩存。該超聲波測(cè)厚系統(tǒng)最大需測(cè)量厚度50 mm的物體，故需要容量15 K×8 B的FIFO。因此FIFO的深度要大于15 KB；寬度大于A／D的位數(shù)，即大于8位；最大工作速率100 MHz，與A／D采樣速率相一致。該設(shè)計(jì)選用CY公司的FIFO存儲(chǔ)器CY7C4261，其最大采樣速率達(dá)100 MHz，與AD9283最大采樣速率相同；容量為16 KB×9 B，可以滿足數(shù)據(jù)量要求。